Щеткодержатель для электрических машин Советский патент 1982 года по МПК H01R39/40 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к конструкции наклонного щеткодержателя для электрических машин со скользящим контактом, и может найти применение в авиационных и наземных транспортных генераторах, а также в нереверсивных машинах большой мощности с затрудненными условиями коммутации.

Наиболее близким к предлагаемому является щеткодержатель для электрических машин, содержащий корпус с пружинодержателем и наклонной щеткой, контактирукшдей нижней гранью с коллектором, а верхней - с цилиндрическим витком рулонной пружины нажатия, закрепленной на опорной пластине лружинодержателя, который установлен и зафикисрован в корпусе. Подобному щеткодержателю присущи постоянство давления на щетку, возможность применения высоких щеток с увеличенным ресурсом работы, малые потери на трение в нажимной системе, поэтому он может применяться в машинах с затрудненными условиями коммутации 13.

Недостатком известного щеткодержателя является то, что он не обеспечивает устойчивость скользящего контакта и надежность работы щетки во

всем диапазоне изменения ее высоты. По мере износа щетки и уменьшения еевысоты надежность и устойчивость контактирования щетки с коллектором резко снижаются. Это объясняется тем, что опорная пластина пружинодержателя с закрепленной на ней рулонной пружиной устанавливается и фиксируется в корпусе щеткодержателя параллель10но центральной оси щетки, а верхняя грань щетки выполнена в виде плоского скоса. Когда щетка не изношена и имеет максимальную высоту, равнодействуюцая всех сил, приложенных к щетке,

15 а именно силы нажатия пружины и реакции коллектора, прижимает щетку боковой гранью к опорной стенке корпуса в точке достаточно близкой к центру опорной стенки. Щетка при этом

20 устойчиво контактирует как со щеткодержателем, так и с коллектором. Однако по мерэ уменьшения высоты щетки сила натяжения пружины, сохраняя свое направление, перемещается вмес25те с верхней гранью щетки к коллектору, а следовательно и равнодействующая всех сил, прижимакяцая щеаку к опорной стейке корпуса, смещается от центра опорной стенки вниз к ее ниж30нему краю. Запас устойчивости щетки уменьшается и под влиянием дестабили зирующих факторов, таких как эксцент ричность коллектора, изменение в шир ких пределах угла трения между щетко и коллектором в зависимости от скоро ти вращения, внешние вибрации, щетка опрокидывается на край, противополож ный опорной стенке корпуса, й- начина ет вибрировать, соударяясь-с опорной ,стенкой и с коллектором. Это приводи к потере устойчивости контакта, сколам и выкр ииваниям щетки на острой кромке и ее боковых гранях. Цель изобретения - повышение надежности работы щеток и повьпиение устойчивости контакта между щеткой и коллектором. Поставленная цель достигается тем что в щеткодержателе, содержащем корпус с пружинодержателем и наклонной щеткой, контактирующей нижней гранью с коллектором, а верхней - с цилиндрическим витком рулонной пружи ны- нажатия, закрепленной на опорной пластине пружинодержателя, опорная пластина пружинодержателя размещена в корпусе с наклоном в сторону, нижней грани щетки, а верхняя граньщетки выполнена вогнутой в виде цилиндри еской поверхности с геометрической осью, параллельной образующей витка рулонной пружины и смещен ной от центральной оси щетки в сторону опорной пластины пружинодержателя, причем радиус цилиндрической поверхности верхней грани щетки боль ше , чем -радиус витка рулонной пружины. На фиг. 1 изображен предлагаемый щеткодержатель для электрических машин, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схемы сил, действующих на щетку при ее мakcимaльнoй и минимальной высоте на фиг. 4 для сравнения представлены схемы сил, действукндих на щетку при использовании известного щеткодержателя, где приняты обозначения, аналогичные обозначениям на фиг..З. Щеткодержатель содержит корпус 1 с наклонной щеткой 2, контактирующей своей боковой гранью с опорной стенкой 3 корпуса, нижней гранью - с кол лектором 4, а верхней - с цилиндрическим витком рулонной пружины 5 нажатия, закрепленной на опорной пластин б| 6 . Опорная пластина 6 закреплена на пружинодержателе 7, выполненном в виде и-образной пружинной скобы, фиксируемой в корпусе 1 и прижимающей опорную пластину б к его каправлякяцим 8. Опорная пластина б размещена в корпусе 1 с наклоном в сторону нижней грани- щетки, а верхняя ее грань выполнена вогнутой в виде цилиндричёской поверхности с геометрической осью О (фиг. 3), параллельной образующей витка рулонной пружины 5 и смещенной от центральной оси щетки в сторону опорной пластины 6 пружинодержателя 7. Радиус R цилиндрической поверхности верхней грани щетки больше, чем радиус г витка рулонной пружины. Работа щеткодержателя поясняется схемой (СИг. 3) , Рулонная пружина 5 своим цилиндрическим витком с радиусом г создает силу нажатия Р на щетку 2, которая направлена по нормали к верхней грани щетки в точке касания м и под углом J к центральной оси щетки. Сила Р 1рижимает щетку к вpaщaю i eмyся коллектору 4 и создает силу реакции коллектора Q, направленную в сторону его вращения под углом относительно нормали к поверхности -: коллектора к точке К, где М - угол трения между, щеткой и коллектором. Силы Р и Q создают равнодействующую силу N, которая прижимает щетку 2 боковой гранью к. опорной стенке 3 корпуса 1, обеспечивая ее надежную работу в условиях внешних вибраций и устойчивость контакта между щеткой и коллектором, которые тем выше, чем дальше точка С приложения равнодействующей N находится .от краев опорной стенки корпуса - точек А и в. С износом щетки и уменьшением ее высоты точка М приложения к щетке 2 силы нажатия Р перемещается в двух направлениях - в направлении коллектора 4 параллельно центральной оси щетки на величину МО и в направлении опорной стенки 3 корпуса 1 на величину DM .Движение точки М вниз по линии MD приводит к смещению точки С к нижнему краю опорной стенки 3 корпуса - к точке В, следовательно, к снижению устойчивости контактирования щетки 2 с опорной стенкой 3 корпуса 1 и с коллектором 4. Однако одновременное движение точки М параллельно линии DM приводит к смещению точки С в направлении верхнего края опорной стенки - к точке А и, следовательно, к восстановлению надежности и устойчивости работы щетки. Смещение С в направлении- точки А обусловлено параллельным смещением силы Р к опорной стенке корпуса, на величину ОМ и поворотом силы Р по часовой стрелке вокруг точки М на угол -у - ТГ . Первый фактор обеспечивается тем, что опорная пластина пружинодержателя размещена в корпусе с наклоном под углом Л к центральной оси щетки в сторону нижней грани щетки, а второй - тем, что верхняя грань щетки выполнена вогнутой в виде цилиндрической поверхности с радиусом R и центром в точке О , смещенной от центральной оси щетки в сторону опорной пластины. Изменяя угол Л и отношение ргщнусов R/г.-можно добиться для каждого конкретного щеткодержателя того что отрезок СС, характеризующий перемещение точки приложения равнодействующей N по опорной стенке корпуса, бедут равен нулю. Однако практически целесообразнее, чтобы С при минимальной высоте щeтkи была равноудалена от нижнего края опорной стен ки корпуса - точки В и верхнего края боковой грани щетки. Эффект смещения точки С в направлении верхнего края опорной стенки корпуса тем больше, чем больше угол Л наклона опорной пластины пружи нодержателя к центральной оси щетки и чем ближе к единице отношение R/r. Практически угол Д долженнаходитьс в пределах 5-15°, а отношение R/r должно быть не менее 2. Таким образом, размещение опорной пластины пружинодержателя с наклоном в сторону нижней грани щетки и выпол нение верхней грани щетки в виде .вогнутой цилиндрической поверхности с геометрической Осью, параллельной образующей- витка рулонной пружины, смещенной от центральной оси щетки в сторону опорной пластины пружинодержателя и с радиусом большим, чем радиус цилиндрического витка рулонно пружины позволяет повысить устойчивость контактирования щетки с опорной стенкой корпуса, предотвратить тангенциальные вибрации щетки, ее сколы и разрушение, а следовательно. повысить надежность и устойчивость контакта между щеткой и коллектором. Формула изорберетния Щеткодержатель для электрических машин, содержащий корпус с пружинодержателем и наклонной щеткой, контактирующей нижней гранью с коллектором, а верхней - с цилиндрическим витком рулонной пружины нажатия, закрепленной на опорной пластине лружинодержателй, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы щетки и повышения устойчивости контакта между щеткой и коллектором, опорная пластина пружинодержателя размещена в корпусе с наклоном в сторону нижней грани щетки, а верхняя грань щетки выполнена вогнутой в виде цилиндрической поверхности и геометрической осью, параллельной образующей витка рулонной пружины и смещенной от центральной оси-щетки в сторону опорной пластины пружинодержателя, причем радиус цилиндрической поверхности верхней грани щетки больше, чем радиус витка рулонной пружины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Глускин А.Я. и др. Щеткодержатель зарубежного производства для электрических машин.Ч. И. М., Информэлектро, 1970, с.49-50, рис. 54 б, 56 (прототип).

t I в s

1Ш772г

а